Moldflow軟件在注塑成型模具設(shè)計中的應(yīng)用

1、Moldflow軟件在注塑成型模具設(shè)計中的應(yīng)用 高質(zhì)量注塑制品的獲得，是以優(yōu)秀的制品設(shè)計、模具設(shè)計和注塑成型工藝為前提。注塑制品的許多缺陷(如熔接痕、短射、制品變形等)皆與熔體在模具中的流動方式有關(guān)，因而對熔體流動方式的控制成為優(yōu)化注塑成型工藝的關(guān)鍵。隨著CAE技術(shù)的迅速發(fā)展，特別是Moldflow軟件的推出，可實現(xiàn)對注塑成型過程的計算機模擬分析；在試模前預(yù)測出熔體在填充、保壓、冷卻等過程中可能出現(xiàn)的缺陷，以幫助工藝人員進行分析和改進，提高一次試模的成功率，從而降低制造成本并縮短開發(fā)周期。本研究采用Moldflow軟件對一種薄壁注塑制品的充模、冷卻、翹曲等行為進行了動態(tài)模擬，為該制品的模具設(shè)計

2、及注塑工藝參數(shù)的確定提供了理論依據(jù)，從而改善制品的成型質(zhì)量。 1注塑成型CAE 注塑成型CAE技術(shù)主要由3個部分組成：(1)根據(jù)連續(xù)介質(zhì)力學(xué)、塑料加工流變學(xué)、傳熱學(xué)基本理論建立型腔內(nèi)熔體流動、傳熱的數(shù)學(xué)模型；(2)根據(jù)成型過程中壓力場、溫度場、速度場等的分布，運用數(shù)值計算理論建立定量求解方法，(3)依據(jù)上述模型與計算方法，運用計算機圖形學(xué)，在計算機屏幕上形象、直觀地顯示出實際成型中熔體的動態(tài)充填冷卻過程。其中建立可靠的數(shù)學(xué)模型及與之對應(yīng)的數(shù)值計算方法是該技術(shù)的核心。 對于薄壁塑件，可采用基于非穩(wěn)態(tài)、非等溫條件下的Hele-Shaw流動模型，并結(jié)合描述注塑過程的基于連續(xù)介質(zhì)力學(xué)理論的連續(xù)性方程、

3、運動方程和能量方程，以及描述材料特性的本構(gòu)關(guān)系、界條件，對注塑充填過程進行準確描述(一般需結(jié)合注塑成型特點，對上述方程進行合理的簡化與假設(shè)，以得到最能反映該過程且便于數(shù)值計算的控制方程)由此建立的模型為中面模型，結(jié)合流動分析網(wǎng)絡(luò)法，運用有限元有限差分混合數(shù)值方法進行求解，從而得到實際注塑過程中不同時間段的壓力場、溫度場等的變化情況模擬結(jié)果(該求解方法在流動平面內(nèi)采用有限元近似，厚度方向和時間導(dǎo)數(shù)采用有限差分近似，集中了二者的優(yōu)點，適用于對平面任意形狀型腔的模擬)。通過以上方法可得到下面幾個直角坐標系的控制方程。 2 實例分析 21 成型工藝 所制塑件為一塑料連接件，材料為ABS，外表面質(zhì)量要求

4、較高，模具設(shè)計為一模四腔。采用Moldflow的MPI模塊3-4對該塑件的熔體流動過程進行模擬，確定了澆口位置，并對填充、冷卻、翹曲等過程進行分析，預(yù)測填充時間、型腔壓力分布、溫度分布等狀況，為實際注塑成型提供工藝參數(shù)。 22 建模 在ProEngineer軟件中創(chuàng)建實體模型并轉(zhuǎn)換保存為STL模型，通過STL文件格式將其導(dǎo)入Moldflow軟件，在MPI的前處理器中生成用于數(shù)值計算的有限元網(wǎng)格模型。圖l所示為塑件劃分后的網(wǎng)格模型，含有14 956個三角形單元。 23工藝參數(shù)設(shè)置 根據(jù)所選材料工藝要求，工藝參數(shù)設(shè)置為：注射壓力130MPa，模具表面溫度40°C，熔體溫度240°

5、;C。 24最佳澆口位置 澆口的設(shè)計主要包括澆口的數(shù)目、位置、形狀和尺寸。澆口的形狀與尺寸決定了聚合物流動方向和平衡狀態(tài)，當(dāng)流動不平衡時容易造成不均勻收縮和翹曲變形，并影響氣泡和熔接痕位置及內(nèi)應(yīng)力取向；而澆口的數(shù)目和位置則影響澆1：1的充填模式。 無論采用什么形式的澆口，開設(shè)的位置對塑件的成型性能及成型質(zhì)量影響很大，不適當(dāng)?shù)臐部谖恢贸Ｔ斐尚颓粌?nèi)的氣體在注塑成型過程中無法逃逸，造成短射、氣穴、燒焦痕等注塑缺陷，因此在模具設(shè)計之前合理選擇澆口位置是提高塑件成型質(zhì)量的重要環(huán)節(jié)。 圖2 最佳澆口位置本研究采用Moldflow軟件進行最佳澆口分析，并依據(jù)分析結(jié)果設(shè)置澆口位置，可避免因澆口位置不當(dāng)而造成的

6、塑件缺陷。具體處理過程為：網(wǎng)格劃分一網(wǎng)格合理調(diào)整一型腔布局一分析內(nèi)容及參數(shù)設(shè)置一材料選擇一注射參數(shù)設(shè)置等。圖2所示為由Moldflow軟件得到的最佳澆口位置，根據(jù)分析結(jié)果可知圖中箭頭所指處即為最佳澆口位置，由此設(shè)計出的澆注系統(tǒng)如圖3所示。 圖3 澆注系統(tǒng)布局25 模擬結(jié)果分析 251 填充 澆注系統(tǒng)的設(shè)計直接影響到熔體的填充行為，而填充分析的最終目的也是為了獲得最佳澆注系統(tǒng)的設(shè)計。圖4所示為充模時間的分析結(jié)果，通過深淺不同的顏色反映了熔體流動狀態(tài)變化以及充模過程，從中可知型腔是否充滿，充模過程是否平衡等。由圖4可知：充填時間為1.272s，顏色深淺過渡比較柔和，表明此充填過程比較平緩，且模狀況

7、也較合理。由此證明圖3所示的澆注系統(tǒng)計是可行的。 圖4 充模時間252冷卻 Moldflow軟件還可用來分析模具冷卻系統(tǒng)的冷卻效果，計算出冷卻時間及成型周期，在塑件均勻冷卻前提下，優(yōu)化冷卻管道布局，縮短冷卻時間及成型周期，提高生產(chǎn)效率。 塑件的冷卻方案和溫度分布如圖5所示。由圖5的分析結(jié)果可知，塑件大部分位置都已達到預(yù)定的頂出溫度(60°C)，表明冷卻水道設(shè)置比較合理，該冷卻方案可行。 圖5 塑件冷卻方案和溫度分布253翹曲分析 通過翹曲分析可以了解塑件的變形情況，從而有助于設(shè)計者在模具設(shè)計時對材料收縮率進行預(yù)測并且對冷卻系統(tǒng)設(shè)計進行優(yōu)化，以控制塑件的變形量。圖6是塑件翹曲分析圖，由圖6可知，最小翹曲變形為00037mm，最大為07273mm；最大翹曲部位位于塑件一端自由處(箭頭所示)，主要由塑件收縮引起的。經(jīng)CAE分析，該設(shè)計方案滿足了塑件的質(zhì)量要求。 圖6 塑件翹曲分析3 結(jié)語 應(yīng)用Moldflow軟件對模具最佳澆口位置進行 確定，并對熔體填充、冷卻等過程進行模擬，優(yōu)化了注塑成型工藝參數(shù)，降低了制品的開發(fā)成本， 有助于工藝人員從本質(zhì)上了解產(chǎn)生缺陷的原因，并找出消除方法。 通過CAE預(yù)先對熔體在型腔內(nèi)的流動情